Frekanslı pompa ünitelerinin elektrikli tahriki

Santrifüj pompaların çalışma modları, tekerleklerinin dönüş hızını değiştirerek ayarlamak için enerji açısından en verimli olanlardır. Tahrik motoru olarak ayarlanabilir bir elektrikli tahrik kullanılıyorsa, tekerleklerin dönüş hızı değiştirilebilir.
Gaz türbinleri ve içten yanmalı motorların tasarım ve özellikleri, gerekli aralıkta dönüş hızı değişimini sağlayacak şekildedir.

Her mekanizmanın dönüş hızını ayarlama işlemi, cihazın mekanik özellikleri kullanılarak uygun şekilde analiz edilir.

Bir pompa ve bir elektrik motorundan oluşan bir pompalama ünitesinin mekanik özelliklerini göz önünde bulundurun. İncirde. Şekil 1, bir çek valf (eğri 1) ve sincap kafesli rotorlu bir elektrik motoru (eğri 2) ile donatılmış bir santrifüj pompanın mekanik özelliklerini göstermektedir.

Pirinç. 1. Pompalama ünitesinin mekanik özellikleri

Elektrik motorunun tork değerleri ile pompanın direnç torku arasındaki farka dinamik tork denir.Motorun torku pompanın direnç momentinden büyükse dinamik tork pozitif, küçükse negatif kabul edilir.

Pozitif bir dinamik momentin etkisi altında, pompa ünitesi ivme ile çalışmaya başlar, yani. hızlandırır. Dinamik tork negatif ise pompa ünitesi gecikmeli çalışır, örn. yavaşlamak.

Bu momentler eşit olduğunda, durağan bir çalışma modu gerçekleşir, yani. pompa ünitesi sabit devirde çalışır. Bu hız ve karşılık gelen tork, elektrik motorunun ve pompanın mekanik özelliklerinin kesişmesiyle belirlenir (Şekil 1'deki a noktası).

Ayarlama sürecinde bir şekilde veya başka bir şekilde mekanik karakteristik değişirse, örneğin elektrik motorunun rotor devresine ek bir direnç sokarak daha yumuşak hale gelirse (Şekil 1'deki eğri 3), elektrik motorunun torku direnç anı küçülecek.

Negatif bir dinamik torkun etkisi altında, pompa ünitesi gecikmeli olarak çalışmaya başlar, örn. tork ve direnç momenti tekrar dengelenene kadar yavaşlar (Şekil 1'deki b noktası). Bu nokta, hız ve torkun özdeğerine karşılık gelir.

Böylece, pompalama ünitesinin dönme hızını kontrol etme işlemine sürekli olarak elektrik motorunun torkundaki ve pompanın direnç momentindeki değişiklikler eşlik eder.

Pompa devrinin kontrolü, pompaya rijit bir şekilde bağlı olan elektrik motorunun devri değiştirilerek veya pompayı sabit devirde çalışan elektrik motoruna bağlayan şanzımanın dişli oranı değiştirilerek yapılabilir.

Elektrik motorlarının dönüş hızının düzenlenmesi

AC motorlar genellikle pompalama ünitelerinde kullanılır. Bir AC motorun dönüş hızı, besleme akımının f frekansına, kutup çifti sayısına p ve kayma s'ye bağlıdır. Bu parametrelerden bir veya birkaçını değiştirerek elektrik motorunun ve ona bağlı pompanın devir sayısını değiştirebilirsiniz.

Frekans elektrikli sürücünün ana elemanı frekans dönüştürücü… Evirici, e2 değişkenine dönüştürülmüş sabit bir şebeke frekansı f1'e sahiptir. Frekans e2 ile orantılı olarak, dönüştürücünün çıkışına bağlı elektrik motorunun hızı değişir.

Bir frekans dönüştürücü ile, şebeke gerilimi U1 ve frekans pratik olarak değişmez f1, kontrol sistemi için gerekli olan U2 ve e2 değişken parametrelerine dönüştürülür. Elektrik motorunun kararlı çalışmasını sağlamak, akım ve manyetik akı açısından aşırı yüklenmesini sınırlamak, frekans dönüştürücüde yüksek enerji göstergelerini korumak için, türüne bağlı olarak giriş ve çıkış parametreleri arasında belirli bir oran korunmalıdır. mekanik pompa özellikleri. Bu ilişkiler, frekans kontrol yasası denkleminden türetilmiştir.

Pompalar için şu oran gözetilmelidir:

U1 / f1 = U2 / f2 = sabit

İncirde. Şekil 2, frekans düzenlemeli bir endüksiyon motorunun mekanik özelliklerini göstermektedir.Frekans f2 azaldıkça, mekanik karakteristik sadece n — M koordinatlarındaki konumunu değiştirmekle kalmaz, aynı zamanda bir dereceye kadar şeklini de değiştirir. Özellikle elektrik motorunun maksimum torku düşürülür. Bunun nedeni, U1 / f1 = U2 / f2 = sabit oranında ve f1 frekansındaki değişikliğin, statorun aktif direncinin motor torkunun büyüklüğü üzerindeki etkisini hesaba katmamasıdır.

Pirinç. 2. Frekans elektrikli sürücünün maksimum (1) ve azaltılmış (2) frekanslardaki mekanik özellikleri

Frekansı ayarlarken, bu etkiyi hesaba katarak, maksimum tork değişmeden kalır, mekanik özelliğin şekli korunur, sadece konumu değişir.

frekans konvertörleri darbe genişlik modülasyonu (PWM) Konvertörün çıkışında akım ve gerilim eğrilerinin sinüzoidale yaklaşan şekli sağlandığından dolayı yüksek enerji karakteristiğine sahiptirler. Son zamanlarda, IGBT modüllerine (yalıtılmış geçit çift kutuplu transistörler) dayalı frekans dönüştürücüler en yaygın olanlardır.

IGBT modülü, yüksek verimliliğe sahip bir anahtar unsurdur. Düşük voltaj düşüşü, yüksek hız ve düşük anahtarlama gücü özelliklerine sahiptir. Asenkron motoru kontrol etmek için PWM ve vektör algoritmasına sahip IGBT modüllerine dayalı frekans dönüştürücünün diğer dönüştürücü türlerine göre avantajları vardır. Tüm çıkış frekans aralığında yüksek bir güç faktörüne sahiptir.

Dönüştürücünün şematik diyagramı, Şek. 3.

Pirinç. 3.IGBT modüllerinin frekans dönüştürücüsünün şeması: 1 — fan bloğu; 2 — güç kaynağı; 3 — kontrolsüz doğrultucu; 4 — kontrol paneli; 5 — kontrol paneli kartı; 6 — PWM; 7 — gerilim dönüştürme birimi; 8 — sistem kontrol kartı; 9 — sürücüler; 10 — invertör ünitesi için sigortalar; 11 — akım sensörleri; 12 - asenkron sincap kafesli motor; Q1, Q2, Q3 — güç devresi, kontrol devresi ve fan ünitesi anahtarları; K1, K2 — kapasitörleri ve güç devresini şarj etmek için kontaktörler; C — kapasitör bankası; Rl, R2, R3 — kapasitör yükünün akımını, kapasitörlerin boşalmasını ve boşaltma bloğunu sınırlamak için dirençler; VT - İnvertör Güç Anahtarları (IGBT Modülleri)

Frekans dönüştürücünün çıkışında, sinüzoidalden biraz farklı, daha yüksek harmonik bileşenler içeren bir voltaj (akım) eğrisi oluşur. Varlıkları, elektrik motorundaki kayıpların artmasına neden olur. Bu nedenle, elektrikli sürücü nominal hıza yakın bir hızda çalıştığında, elektrik motoru aşırı yüklenir.

Düşürülmüş hızlarda çalışırken, pompa tahriklerinde kullanılan kendinden havalandırmalı elektrik motorlarının soğutma koşulları kötüleşir. Pompalama ünitelerinin normal kontrol aralığında (1:2 veya 1:3), havalandırma koşullarındaki bu bozulma, debi ve pompa basma yüksekliğindeki azalma nedeniyle yükte önemli bir azalma ile telafi edilir.

Nominal değere (50 Hz) yakın frekanslarda çalışırken, daha yüksek dereceden harmoniklerin ortaya çıkmasıyla birlikte soğutma koşullarının bozulması, izin verilen mekanik gücün %8-15 oranında azaltılmasını gerektirir.Bu nedenle, elektrik motorunun maksimum torku% 1 - 2, verimliliği -% 1 - 4, cosφ -% 5-7 azalır.

Elektrik motorunun aşırı yüklenmesini önlemek için, hızının üst değerini sınırlamak veya sürücüyü daha güçlü bir elektrik motoruyla donatmak gerekir. Son önlem, pompalama ünitesi e2> 50 Hz frekansında çalışacak şekilde tasarlandığında zorunludur. Motor devirlerinin üst değerinin sınırlandırılması, e2 frekansının 48 Hz ile sınırlandırılmasıyla yapılır. Tahrik motorunun nominal gücündeki artış, en yakın standart değere yuvarlanır.

Değişken elektrikli blok tahriklerinin grup kontrolü

Çoğu pompa seti birkaç bloktan oluşur. Kural olarak, tüm üniteler ayarlanabilir bir elektrikli tahrik ile donatılmamıştır. İki veya üç kurulu üniteden birini ayarlanabilir bir elektrikli sürücü ile donatmak yeterlidir. Ünitelerden birine kalıcı olarak bir dönüştürücü bağlıysa, değişken hızlı sürücü ile donatılmış ünite çok daha uzun süre kullanıldığından, motor kaynaklarında dengesiz bir tüketim olur.

Yükün istasyonda kurulu tüm bloklar arasında eşit dağılımı için, blokların dönüştürücüye seri olarak bağlanabileceği grup kontrol istasyonları geliştirilmiştir. Kontrol istasyonları genellikle alçak gerilim üniteleri (380 V) için üretilir.

Alçak gerilim kontrol istasyonları tipik olarak iki veya üç üniteyi kontrol etmek için tasarlanır.Alçak gerilim kontrol istasyonları, faz-faz kısa devreye ve topraklamaya karşı koruma sağlayan devre kesicileri, cihazları aşırı yükten korumak için termik röleleri ve kontrol ekipmanlarını (anahtarlar, anahtarlar, düğme mesajları ve diğerleri.).

Kontrol istasyonunun anahtarlama devresi, frekans dönüştürücünün seçilen herhangi bir bloğa bağlanmasına ve pompalama veya üfleme ünitesinin teknolojik çalışma modunu bozmadan çalışan blokları değiştirmesine izin veren gerekli kilitleri içerir.

Kontrol istasyonları, kural olarak, güç elemanlarıyla (otomatik anahtarlar, kontaktörler, vb.) birlikte kontrol ve düzenleme cihazları (mikroişlemci kontrolörleri, vb.) içerir.

Müşterinin talebi üzerine istasyonlar, yedek gücün otomatik olarak açılması (ATS), tüketilen elektriğin ticari olarak ölçülmesi, kapatma ekipmanının kontrolü için cihazlarla donatılır.

Gerekirse, kontrol istasyonuna, birimlerin yumuşak yol vericisinin frekans dönüştürücü ile birlikte kullanılmasını sağlayan ek cihazlar eklenir.

Otomatik kontrol istasyonları şunları sağlar:

• teknolojik parametrenin (basınç, seviye, sıcaklık vb.) ayarlanan değerinin korunması;

• düzenlenmiş ve düzenlenmemiş birimlerin elektrik motorlarının çalışma modlarının kontrolü (tüketilen akımın, gücün kontrolü) ve bunların korunması;

• ana cihazın arızalanması durumunda yedekleme cihazının otomatik olarak başlatılması;

• frekans dönüştürücünün arızalanması durumunda blokları doğrudan ağa değiştirmek;

• yedek (ATS) elektrik girişinin otomatik olarak açılması;

• güç kaynağı ağındaki kayıp ve derin voltaj düşüşlerinden sonra istasyonun otomatik olarak yeniden bağlanması (AR);

• belirli bir zamanda çalışma birimlerinin durdurulması ve başlatılması ile istasyonun çalışma modunun otomatik olarak değiştirilmesi;

• nominal hıza ulaşan kontrollü ünite gerekli su kaynağını sağlamadıysa, ek bir düzensiz ünitenin otomatik aktivasyonu;

• motor kaynaklarının tekdüze tüketimini sağlamak için iş bloklarının belirli aralıklarla otomatik olarak değiştirilmesi;

• pompalama (üfleme) ünitesinin çalışma modunun kontrol panelinden veya kontrol panelinden operasyonel kontrolü.

Pirinç. 4. Değişken frekanslı pompaların elektrikli sürücülerinin grup kontrolü için istasyon

Pompalama ünitelerinde değişken frekans kullanmanın verimliliği

Değişken frekanslı sürücünün kullanılması, büyük pompalama ünitelerini düşük debilerde kullanmayı mümkün kıldığından önemli ölçüde enerji tasarrufu yapmanızı sağlar. Bu sayede ünitelerin ünite kapasitelerini artırarak toplam sayılarını azaltmak ve buna bağlı olarak binaların genel boyutlarını küçültmek, istasyonun hidrolik şemasını basitleştirmek ve boru hattı sayısını azaltmak mümkündür. vanalar.

Böylece, pompalama ünitelerinde ayarlanabilir elektrikli tahrik kullanılması, elektrik ve su tasarrufunun yanı sıra, pompalama ünitesi sayısını azaltmaya, istasyonun hidrolik devresini basitleştirmeye ve pompalama istasyonu binasının inşaat hacimlerini azaltmaya olanak tanır.Bu bağlamda, ikincil ekonomik etkiler ortaya çıkar: binanın ısıtma, aydınlatma ve onarım maliyetleri azalır, düşen maliyetler istasyonların amacına ve diğer özel koşullara bağlı olarak %20-50 oranında azaltılabilir.

Frekans dönüştürücüler için teknik belgeler, pompalama ünitelerinde ayarlanabilir bir elektrikli sürücünün kullanılmasının, temiz ve atık suyu pompalamak için harcanan enerjiden% 50'ye kadar tasarruf etmenizi sağladığını ve geri ödeme süresinin üç ila dokuz ay olduğunu göstermektedir.

Aynı zamanda, çalışan pompa ünitelerinde kontrollü elektrikli tahrikin etkinliğinin hesaplamaları ve analizi, 75 kW'a kadar güce sahip ünitelere sahip küçük pompa üniteleri için, özellikle büyük bir statik basınç bileşeniyle çalıştıklarında, ortaya çıktığını göstermektedir. kontrollü elektrikli sürücülerin kullanılması uygun değildir. Bu durumlarda, kısma kullanarak, çalışan pompa birimlerinin sayısını değiştirerek daha basit kontrol sistemlerini kullanabilirsiniz.

Pompa ünitesi otomasyon sistemlerinde değişken elektrikli sürücü kullanılması bir yandan enerji tüketimini azaltmakta, diğer yandan ek sermaye maliyetleri gerektirmekte, bu nedenle pompa ünitelerinde değişken elektrikli sürücü kullanma olasılığı, düşen maliyetler karşılaştırılarak belirlenmektedir. iki seçenek: temel ve yeni. Ayarlanabilir bir elektrikli sürücü ile donatılmış bir pompalama ünitesi yeni bir seçenek olarak alınır ve birimleri sabit hızda çalışan bir ünite ana ünite olarak alınır.